通信原理全册配套完整课件2.ppt

1、通信原理全册配套完整课件通信原理全册配套完整课件2通信原理通信原理电子信息工程学院通信原理3课程概述课程概述v通信原理通信原理在课程体系中的角色和作用？在课程体系中的角色和作用？v通信原理通信原理课程教材？课程教材？v通信原理通信原理怎么讲？怎么讲？v通信原理通信原理如何能学好？如何能学好？v通信原理通信原理怎么考？怎么考？电子信息工程学院通信原理4课程概述（续）课程概述（续）v通信原理通信原理在课程体系中的角色和作用？在课程体系中的角色和作用？“通信原理通信原理”课程是通信与信息专业或学科的一课程是通信与信息专业或学科的一门重要的专业基础课程，也是诸多院校相关专门重要的专业基础课程，也是诸多

2、院校相关专业硕士研究生入学考试课程之一。它在课程体业硕士研究生入学考试课程之一。它在课程体系中起着系中起着“承前（先修课程）启后（后续课承前（先修课程）启后（后续课程）程）”的作用，扮演着的作用，扮演着“桥梁桥梁”的作用。的作用。通信原理通信原理信号与系统信号与系统随机信号分析随机信号分析概率论与数理统计概率论与数理统计光纤通信光纤通信移动通信移动通信卫星通信卫星通信电子信息工程学院通信原理5课程概述（续）课程概述（续）v课程教材课程教材 樊昌信等编著樊昌信等编著通信原理通信原理，国防工业出版社，国防工业出版社电子信息工程学院通信原理6课程概述（续）课程概述（续）v通信原理通信原理如何能学好？

3、如何能学好？ 仔细阅读教材仔细阅读教材 从系统的角度学习从系统的角度学习 熟记通信系统组成框图，学习每一部分时，从该部分熟记通信系统组成框图，学习每一部分时，从该部分在整个通信系统中的位置和作用，理解该部分内容在整个通信系统中的位置和作用，理解该部分内容 熟练掌握基本概念熟练掌握基本概念 数学表达式、时间波形、频谱图相结合学习数学表达式、时间波形、频谱图相结合学习 认真思考，多问问题认真思考，多问问题 认真做作业，多做练习，及时反思认真做作业，多做练习，及时反思 分阶段及时复习分阶段及时复习电子信息工程学院通信原理7课程概述（续）课程概述（续）v通信原理通信原理考核方法考核方法 5454学时（

4、其中授课学时（其中授课4646学时，实验学时，实验8 8学时）学时） 成绩构成成绩构成 平时成绩平时成绩15%15%：考勤、作业：考勤、作业 实验成绩实验成绩15%15% 期末考试期末考试70%70%：闭卷考试：闭卷考试 答疑答疑 中欧学院楼中欧学院楼129129室室, ,周五周五电子信息工程学院通信原理8主要授课内容主要授课内容第第1 1章章 绪论绪论第第4 4章章 信道信道第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统第第6 6章章 数字基带传输系统数字基带传输系统第第7 7章章 数字带通传输系统数字带通传输系统第第9 9章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输第第1010章章 数字信号的最佳

5、接收数字信号的最佳接收电子信息工程学院通信原理9章节结构章节结构绪绪 论论数学工具、基础知识数学工具、基础知识（确知（确知/随机随机/信道）信道）模拟通信系统模拟通信系统线性调制线性调制AM, DSM,SSB,VSB非线性调制非线性调制FMPM数字通信系统数字通信系统基带基带传输传输带通带通传输传输模拟模拟信号信号的数的数字传字传输输数字数字信号信号的最的最佳接佳接收收电子信息工程学院通信原理10第第1 1章章 绪论绪论学习目标：学习目标： 常用的通信的术语常用的通信的术语; ; 模拟信号和数字信号的区别模拟信号和数字信号的区别; ; 基带信号与已调信号的区别基带信号与已调信号的区别; ; 通

6、信系统的组成、分类和通信方式通信系统的组成、分类和通信方式; ; 数字通信系统的优缺点数字通信系统的优缺点; ; 离散信源的信息量、平均信息熵的计算离散信源的信息量、平均信息熵的计算; ; 码元速率、信息速率和频带利用率的定义、计算和关系码元速率、信息速率和频带利用率的定义、计算和关系; ; 误码率和误信率的定义及其关系。误码率和误信率的定义及其关系。电子信息工程学院通信原理11第第1 1章章 绪论绪论 1.1 1.1 通信的基本概念通信的基本概念 1 1.2.2 通信系统的组成通信系统的组成 1 1.3.3 通信系统分类与通信方式通信系统分类与通信方式 1 1.4.4 信息及其度量信息及其度

7、量 1 1.5.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标电子信息工程学院通信原理12v通信的目的：传递通信的目的：传递消息消息中所包含的中所包含的信息信息。v消息消息：信息的载体：信息的载体 是物质或精神状态的一种反映，例如语音、文是物质或精神状态的一种反映，例如语音、文字、音乐、数据、图片或活动图像等。字、音乐、数据、图片或活动图像等。v信息信息：信息的内容：信息的内容 是消息中包含的有效内容。是消息中包含的有效内容。v通信的定义通信的定义：“信息传输信息传输”（“消息传输消息传输”） 信息的时空转移信息的时空转移 把消息从一方传送到另一方把消息从一方传送到另一方1.1 1.1 通信

8、的基本概念通信的基本概念电子信息工程学院通信原理13v实现通信的方式和手段：实现通信的方式和手段： 非电的非电的 如手势、语言、旌旗、消息树、烽火台、击鼓传令等如手势、语言、旌旗、消息树、烽火台、击鼓传令等 电的电的 如电报、电话、广播、电视、遥控、遥测、因特网和如电报、电话、广播、电视、遥控、遥测、因特网和计算机通信等计算机通信等1.1 1.1 通信的基本概念通信的基本概念电子信息工程学院通信原理141.1 1.1 通信的基本概念通信的基本概念v信号信号：是消息的载体：是消息的载体 如电压、电流或电波等物理量（进一步还可以如电压、电流或电波等物理量（进一步还可以是该物理量的幅度、相位或频率等

9、）。此时的是该物理量的幅度、相位或频率等）。此时的信号为信号为电信号电信号，习惯上简称为，习惯上简称为信号信号。 模拟信号、数字信号。模拟信号、数字信号。v思考：思考： 电力传输系统是不是通信系统？电力传输系统是不是通信系统？电子信息工程学院通信原理151.1 1.1 通信的基本概念通信的基本概念 v电信发明史电信发明史 18371837年：莫尔斯发明有线电报年：莫尔斯发明有线电报 18761876年：贝尔发明有线电话年：贝尔发明有线电话 19181918年：调幅无线电广播、超外差接收机问世年：调幅无线电广播、超外差接收机问世 19361936年：商业电视广播开播年：商业电视广播开播 （移动通

10、信、卫星通信）（移动通信、卫星通信） 后面讲述中，后面讲述中，“通信通信”这一术语是指这一术语是指“电通电通信信”，包括光通信，因为光也是一种电磁波。，包括光通信，因为光也是一种电磁波。 在电通信系统中，消息的传递是通过电信号来在电通信系统中，消息的传递是通过电信号来实现的。实现的。电子信息工程学院通信原理16龙图案电话机龙图案电话机（清末）（清末）中国第一个电话局中国第一个电话局（1882）贝尔与电话贝尔与电话（1876）1.1 1.1 通信的基本概念通信的基本概念 电子信息工程学院通信原理17人工交换机人工交换机数字程控电话交换机数字程控电话交换机1.1 1.1 通信的基本概念通信的基本概

11、念 美制便携式交换机美制便携式交换机电子信息工程学院通信原理181.1 1.1 通信的基本概念通信的基本概念 移动电视移动电视手机电视手机电视智能手机智能手机iPhone 4S可可WiFi、4G上网的上网的new iPad电子信息工程学院通信原理19第第1 1章章 绪论绪论 1.1 1.1 通信的基本概念通信的基本概念 1 1.2.2 通信系统的组成通信系统的组成 1 1.3.3 通信系统分类与通信方式通信系统分类与通信方式 1 1.4.4 信息及其度量信息及其度量 1 1.5.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标电子信息工程学院通信原理20 信源信源（信息源，也称发终端）：把待传

12、输的消息转换成（信息源，也称发终端）：把待传输的消息转换成原始电信号。原始电信号。 发送设备发送设备：将信源和信道：将信源和信道匹配匹配起来，即将信源产生的原起来，即将信源产生的原始电信号（基带信号）变换成适合在信道中传输的信号。始电信号（基带信号）变换成适合在信道中传输的信号。 1.2.1 1.2.1 通信系统的一般模型通信系统的一般模型 1.2 1.2 通信系统的组成通信系统的组成 1.2.1 1.2.1 通信系统的一般模型通信系统的一般模型 电子信息工程学院通信原理21 信道信道：信号传输的通道，可以是有线的，也可以是：信号传输的通道，可以是有线的，也可以是无线的，甚至还可以包含某些设备

13、。无线的，甚至还可以包含某些设备。 噪声源噪声源：是信道中的所有噪声以及分散在通信系统：是信道中的所有噪声以及分散在通信系统中其它各处噪声的集合。中其它各处噪声的集合。 接收设备接收设备：从带有干扰的接收信号中恢复出相应的：从带有干扰的接收信号中恢复出相应的原始电信号。原始电信号。 信宿（受信者、收终端）信宿（受信者、收终端）：将复原的原始电信号转：将复原的原始电信号转换成相应的消息。换成相应的消息。 1.2 1.2 通信系统的组成通信系统的组成 1.2.1 1.2.1 通信系统的一般模型通信系统的一般模型 电子信息工程学院通信原理221.2 1.2 通信系统的组成通信系统的组成 1.2.1

14、1.2.1 通信系统的一般模型通信系统的一般模型 v思考：思考： 分别以电视和广播为例，说明通信系统模型中分别以电视和广播为例，说明通信系统模型中的各部分在实际中的对应关系。的各部分在实际中的对应关系。电子信息工程学院通信原理23按照传输信号的特征分类，可分为模拟通信系统和数字通信系统按照传输信号的特征分类，可分为模拟通信系统和数字通信系统模拟通信系统模拟通信系统数字通信系统数字通信系统传输模拟信号传输模拟信号模拟信号：信号参数的取值是连续的（无限的）。模拟信号：信号参数的取值是连续的（无限的）。数字信号：信号参数的取值是离散的（有限的）。数字信号：信号参数的取值是离散的（有限的）。传输数字信

15、号传输数字信号tt1.2 1.2 通信系统的组成通信系统的组成 1.2.2 1.2.2 模拟通信系统模型和数字通信系统模型模拟通信系统模型和数字通信系统模型 1.2.2 1.2.2 模拟通信系统模型和数字通信系统模型模拟通信系统模型和数字通信系统模型电子信息工程学院通信原理24v思考：思考： 以下信号是模拟信号还是数字信号？以下信号是模拟信号还是数字信号？1.2 1.2 通信系统的组成通信系统的组成 1.2.2 1.2.2 模拟通信系统模型和数字通信系统模型模拟通信系统模型和数字通信系统模型 电子信息工程学院通信原理25模拟通信系统模型模拟通信系统模型 利用模拟信号来传递信息的通信系统叫做模拟

16、通信系统。利用模拟信号来传递信息的通信系统叫做模拟通信系统。 （1）模拟通信系统中）模拟通信系统中两种重要变换两种重要变换： 消息消息原始电信号（基带信号）原始电信号（基带信号） 调制信号调制信号（基带信号）（基带信号） 已调信号已调信号（频带信号）（频带信号） （2）信号受噪声干扰的影响）信号受噪声干扰的影响噪声背景下的信号传输。噪声背景下的信号传输。1.2 1.2 通信系统的组成通信系统的组成 1.2.2 1.2.2 模拟通信系统模型和数字通信系统模型模拟通信系统模型和数字通信系统模型 电子信息工程学院通信原理26已调信号已调信号有三个基本特性有三个基本特性： （1）携带有消息；）携带有消

17、息； （2）适合在信道中传输）适合在信道中传输 （如辐射：天线尺寸（如辐射：天线尺寸1/10 波长）；波长）； （3）频谱具有带通形式，且中心频率远离零频）频谱具有带通形式，且中心频率远离零频 频带信号频带信号。 如：民航甚高频通信如：民航甚高频通信 （中心频率（中心频率118-136.975MHz118-136.975MHz、带宽、带宽25KHz25KHz） 原始电信号原始电信号的的频谱具有低通形式，直流频谱具有低通形式，直流/低频分量丰富低频分量丰富基带信号基带信号。 如：话音信号、电视基带信号如：话音信号、电视基带信号1.2 1.2 通信系统的组成通信系统的组成 1.2.2 1.2.2

18、模拟通信系统模型和数字通信系统模型模拟通信系统模型和数字通信系统模型 电子信息工程学院通信原理27数字（频带传输）通信系统模型数字（频带传输）通信系统模型数字通信系统数字通信系统模型模型利用数字信号来传递信息的通信系统，称为数字通信系统。利用数字信号来传递信息的通信系统，称为数字通信系统。1.2 1.2 通信系统的组成通信系统的组成 1.2.2 1.2.2 模拟通信系统模型和数字通信系统模型模拟通信系统模型和数字通信系统模型 电子信息工程学院通信原理28 信源编码与译码目的：信源编码与译码目的： 提高信息传输的有效性提高信息传输的有效性 完成模完成模/ /数转换数转换 信道编码与译码目的：纠错

19、检错，增强抗干扰能力。信道编码与译码目的：纠错检错，增强抗干扰能力。 加密与解密目的：保证所传信息的安全加密与解密目的：保证所传信息的安全 数字调制与解调目的：形成适合在信道中传输的带通信数字调制与解调目的：形成适合在信道中传输的带通信号号 同步目的：使收发两端的信号在时间上保持步调一致同步目的：使收发两端的信号在时间上保持步调一致 注：上图是一般化模型，实际系统不一定包含图中所有注：上图是一般化模型，实际系统不一定包含图中所有环节环节1.2 1.2 通信系统的组成通信系统的组成 1.2.2 1.2.2 模拟通信系统模型和数字通信系统模型模拟通信系统模型和数字通信系统模型 电子信息工程学院通信

20、原理291.2 1.2 通信系统的组成通信系统的组成 1.2.2 1.2.2 模拟通信系统模型和数字通信系统模型模拟通信系统模型和数字通信系统模型 v通信标准通信标准JPEG、 MP3、 MPEG(ISO/IEC )、H26x(ITU-T)、AVSDVB：DVB-C、DVB-S、DVB-T电子信息工程学院通信原理301.2 1.2 通信系统的组成通信系统的组成 1.2.3 1.2.3 数字通信的特点数字通信的特点v数字通信相对模拟通信的优点数字通信相对模拟通信的优点 抗干扰能力强，且噪声不积累；抗干扰能力强，且噪声不积累； 传输差错可控，可通过纠错编码进一步降低出错概率；传输差错可控，可通过纠

21、错编码进一步降低出错概率； 与计算机密切结合，便于处理、变换、存储；与计算机密切结合，便于处理、变换、存储； 易于集成，使通信设备微型化、重量轻；易于集成，使通信设备微型化、重量轻； 易于加密处理，且保密性好；易于加密处理，且保密性好； 易于使用统一的处理方式与硬件，使不同通信网的融易于使用统一的处理方式与硬件，使不同通信网的融合成为可能。合成为可能。 电子信息工程学院通信原理311.2 1.2 通信系统的组成通信系统的组成 1.2.3 1.2.3 数字通信的特点数字通信的特点v数字通信相对模拟通信的缺点数字通信相对模拟通信的缺点 一般需要较大的传输带宽一般需要较大的传输带宽 对同步要求高，设

22、备往往更复杂对同步要求高，设备往往更复杂电子信息工程学院通信原理32第第1 1章章 绪论绪论 1.1 1.1 通信的基本概念通信的基本概念 1 1.2.2 通信系统的组成通信系统的组成 1 1.3.3 通信系统分类与通信方式通信系统分类与通信方式 1 1.4.4 信息及其度量信息及其度量 1 1.5.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标电子信息工程学院通信原理331.3 1.3 通信系统分类与通信方式通信系统分类与通信方式 1.3.1 1.3.1 通信系统的分类通信系统的分类1.1. 按通信业务分类按通信业务分类电报通信系统电报通信系统电话通信系统电话通信系统数据通信系统数据通信系

23、统图像通信系统图像通信系统 电子信息工程学院通信原理341.3 1.3 通信系统分类与通信方式通信系统分类与通信方式 1.3.1 1.3.1 通信系统的分类通信系统的分类2.2. 按调制方式分类按调制方式分类基带传输系统基带传输系统带通（调制）传输系统带通（调制）传输系统 连续波调制连续波调制脉冲调制脉冲调制3.3. 按信号特征分类按信号特征分类模拟通信系统模拟通信系统数字通信系统数字通信系统电子信息工程学院通信原理351.3 1.3 通信系统分类与通信方式通信系统分类与通信方式 1.3.1 1.3.1 通信系统的分类通信系统的分类4.4. 按传输媒介分类按传输媒介分类有线通信系统有线通信系统

24、架空明线、同轴电缆、光纤、波导等架空明线、同轴电缆、光纤、波导等无线通信系统无线通信系统5.5. 按工作波段分类按工作波段分类长波通信长波通信中波通信中波通信短波通信短波通信 电子信息工程学院通信原理361.3 1.3 通信系统分类与通信方式通信系统分类与通信方式 1.3.1 1.3.1 通信系统的分类通信系统的分类频段频段频率频率/Hz波长波长应用应用极低频极低频ELFELF3-303-30超低频超低频SLFSLF30-30030-300特低频特低频ULFULF300-3k300-3k甚低频甚低频VLFVLF3k30k10km-100km电话、数据终端电话、数据终端低频低频LF30k300k

25、1km-10km导航、信标、电力线通信导航、信标、电力线通信中频中频MF300k3M100m-1km调幅广播、业余无线电调幅广播、业余无线电高频高频HF3M30M10m-100m短波广播、移动无线电话、军事通信短波广播、移动无线电话、军事通信甚高频甚高频VHF30M300M1m-10m调频广播、电视、空中管制、导航调频广播、电视、空中管制、导航特高频特高频UHF300M3G1dm-1m电视、移动通信、雷达导航、空间遥测电视、移动通信、雷达导航、空间遥测超高频超高频SHF3G30G1cm-1dm微波接力、卫星和空间通信、雷达微波接力、卫星和空间通信、雷达毫米波毫米波30G-300G30G-300

26、G1mm-1cm卫星通信卫星通信亚毫米波亚毫米波300G-3T300G-3T0.1mm-1mm 无线电频段无线电频段电子信息工程学院通信原理371.3 1.3 通信系统分类与通信方式通信系统分类与通信方式 1.3.1 1.3.1 通信系统的分类通信系统的分类6.6. 按信号复用方式分类按信号复用方式分类频分复用频分复用时分复用时分复用码分复用码分复用 电子信息工程学院通信原理381. 按消息传送的方向与时间分按消息传送的方向与时间分 通信方式可分为单工通信、半双工通信及全双工通信三种。通信方式可分为单工通信、半双工通信及全双工通信三种。 1.3 1.3 通信系统分类与通信方式通信系统分类与通信

27、方式 1.3.2 1.3.2 通信方式通信方式电子信息工程学院通信原理39 2. 按数字信号排序分按数字信号排序分 可将通信方式分为串行传输和并行传输。可将通信方式分为串行传输和并行传输。 串行传输串行传输码元一个接一个传输。码元一个接一个传输。并行传输并行传输码元序列两个以上并行传输。码元序列两个以上并行传输。1.3 1.3 通信系统分类与通信方式通信系统分类与通信方式 1.3.2 1.3.2 通信方式通信方式电子信息工程学院通信原理40第第1 1章章 绪论绪论 1.1 1.1 通信的基本概念通信的基本概念 1 1.2.2 通信系统的组成通信系统的组成 1 1.3.3 通信系统分类与通信方式

28、通信系统分类与通信方式 1 1.4.4 信息及其度量信息及其度量 1 1.5.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标电子信息工程学院通信原理411.4 1.4 信息及其度量信息及其度量 v信息信息： 消息中包含的有效内容消息中包含的有效内容v信息量信息量： 传输信息的多少可直观地使用传输信息的多少可直观地使用“信息量信息量”进行衡进行衡量量电子信息工程学院通信原理421.4 1.4 信息及其度量信息及其度量 v香农香农 克劳德克劳德艾尔伍德艾尔伍德香农香农(Claude Elwood Shannon(Claude Elwood Shannon，1916-1916-2001)2001)

29、 19481948年发表年发表通信的数学原理通信的数学原理, ,v（244244页），页），噪声下的通信噪声下的通信 提出定量描述信息，提出信息提出定量描述信息，提出信息熵的概念，熵的概念，开创了信息论开创了信息论 香农去世后，贝尔实验室和香农去世后，贝尔实验室和MITMIT 尊崇香农为信息论及数字通信时尊崇香农为信息论及数字通信时 代的奠基之父。代的奠基之父。电子信息工程学院通信原理43v如何度量消息中所含的信息量如何度量消息中所含的信息量? ? 度量信息量的原则度量信息量的原则 能度量任何消息，并与消息的种类无关。能度量任何消息，并与消息的种类无关。 度量方法应该与消息的重要程度无关。度量

30、方法应该与消息的重要程度无关。 消息中所含信息量和消息内容的不确定性有关消息中所含信息量和消息内容的不确定性有关【例例】 “某客机坠毁某客机坠毁”这条消息比这条消息比“今天下雨今天下雨”这条这条消息包含有更多的信息。消息包含有更多的信息。 上例表明：上例表明：消息所表达的事件越不可能发生，信息量就越大。消息所表达的事件越不可能发生，信息量就越大。 1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量电子信息工程学院通信原理信息量具有以下三个特征：信息量具有以下三个特征： 消息的信息量与消息的概率呈反比。消息的信息量与消息的概率呈反比。1I(x)P(x)两个极端的情况：两个极端的情况： 消息消息A A是必然

31、事件，概率是必然事件，概率 P(A)=1, P(A)=1, 信息量信息量 I(A)=0I(A)=0。 消息消息B B是不可能事件，概率是不可能事件，概率 P(B)=0, P(B)=0, 信息量信息量 I(B)=I(B)=。1I(x)logP(x)1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量电子信息工程学院通信原理若干相互独立的事件若干相互独立的事件x1x2xn构成的消息构成的消息x，所含信息量，所含信息量 是各独立事件信息量之和。是各独立事件信息量之和。n12n12n12n12n12n12n12 x x x xp(x ) p(x ) p(x ) 1I(x xx )=logp(x ,x ,.,x )

32、1logp(x ) p(x )p(x )111 loglog,logP(x )P(x )P(x )=I(x )I(x )I(x )电子信息工程学院通信原理信息量的定义：信息量的定义：若一个消息若一个消息x出现的概率为出现的概率为P(x),则这一消息所包含的信息量则这一消息所包含的信息量I(x)为为aa1I(x)loglog P(x)P(x) 对数底数对数底数a，决定信息量的单位。，决定信息量的单位。电子信息工程学院通信原理47上式中对数的底：上式中对数的底： 若若a a = 2 = 2，信息量的单位称为，信息量的单位称为比特比特(bit) (bit) ，可简记为，可简记为b b 若若a a =

33、 = e e，信息量的单位称为奈特，信息量的单位称为奈特(nat)(nat)， 若若a a = 10 = 10，信息量的单位称为哈特莱，信息量的单位称为哈特莱(Hartley) (Hartley) 。通常广泛使用的单位为比特，这时有通常广泛使用的单位为比特，这时有(b)(b)【例】 设一个二进制离散信源，以相等的概率发送数字设一个二进制离散信源，以相等的概率发送数字“0 0”或或“1 1”，则信源每个输出的信息含量为，则信源每个输出的信息含量为 在工程应用中，习惯把一个二进制码元称作在工程应用中，习惯把一个二进制码元称作1 1比特比特 )(log)(1logxPxPIaa221loglog(

34、)( )IP xP x )b(12log2/11log) 1 ()0(22 II1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量电子信息工程学院通信原理48若有若有M M个等概率波形（个等概率波形（P P = 1/= 1/M M），且每一个波形的出现是独立），且每一个波形的出现是独立的，则传送的，则传送M M进制波形之一的信息量为进制波形之一的信息量为若若M M是是2 2的整幂次，即的整幂次，即 M M = 2 = 2k k，则有，则有当当M M = 4 = 4时，即时，即4 4进制波形，进制波形，I I = 2 = 2比特，比特，当当M M = 8 = 8时，即时，即8 8进制波形，进制波形，I I

35、 = 3 = 3比特。比特。)b(log/11log1log222MMPI2log 2( )kIkb1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量电子信息工程学院通信原理49对于非等概率情况对于非等概率情况设：一个离散信源是由设：一个离散信源是由M M个符号组成的集合，其中每个符号个符号组成的集合，其中每个符号x xi i ( (i i = 1, 2, 3, = 1, 2, 3, , , M M) )按一定的概率按一定的概率P(P(x xi i) )独立出现，即独立出现，即 且有且有则则x x1 1 , x, x2 2, , x x3 3, , , x xM M 所包含的信息量分别为所包含的信息量分

36、别为于是，于是，每个符号所含平均信息量每个符号所含平均信息量为为由于由于H H( (x x) )同热力学中的熵形式相似，故称它为信息源的同热力学中的熵形式相似，故称它为信息源的熵熵 1212,MMxxxP xP xP x1()1MiiP x21222log()log()log()MP xP xP x， ，121222221( )( ) log( )() log()() log()( ) g( )(/(1.4 6)MMMiiiH xP xP xP xP xP xP xP x loP x比特 符号）1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量v信源熵信源熵：电子信息工程学院通信原理50 【例1-1】设

37、有一个二进制离散信源（设有一个二进制离散信源（0 0，1 1），每个符号），每个符号独立发送。独立发送。(1)(1)若若0 0，1 1等概出现，求每个符号的信息量和平均的信息等概出现，求每个符号的信息量和平均的信息量（熵）量（熵）; ;(2)(2)若若0 0 出现的概率为出现的概率为1/3,1/3,重复重复1; 1; 【解】(1)(1)由独立等概的条件可知，由独立等概的条件可知，P(0)=P(1)=1/2,P(0)=P(1)=1/2,故其故其信息量信息量平均信息量（熵）平均信息量（熵）01221loglog 21(b)( )IIP x1.4 1.4 信息符号独立塔楼及其度量信息符号独立塔楼及其

38、度量2011( )( )log( )(0)(1)1(b/)MiiiH xP xP xPIPI符号2log 3电子信息工程学院通信原理51(2)(2)已知已知P(0)=1/3,P(0)=1/3,且且P(0)+P(1)=1,P(0)+P(1)=1,则则P(1)=2/3,P(1)=2/3,故每个符故每个符号的信息量号的信息量平均信息熵平均信息熵【评注评注】： 等概时，二进制的每个波形所含的信息量为等概时，二进制的每个波形所含的信息量为1bit1bit 等概时，信源的平均信息熵就等于每个符号的信息量等概时，信源的平均信息熵就等于每个符号的信息量 非等概时，概率越小的符号，其信息量越大非等概时，概率越小

39、的符号，其信息量越大 等概时，信源的熵有最大值等概时，信源的熵有最大值 02212211loglog 3 1.584( )loglog 3/20.585( )(0)(1)IbIbPP1.4 1.4 信息符号独立塔楼及其度量信息符号独立塔楼及其度量01( )(0)(1)0.918(b/)H xPIPI符号max2logHM电子信息工程学院通信原理52 【例1-2】 一离散信源由一离散信源由“0 0”，“1 1”，“2 2”，“3 3”四个四个符号组成，它们出现的概率分别为符号组成，它们出现的概率分别为3/83/8，1/41/4，1/41/4，1/81/8，且每个符号的出现都是独立的。试求某消息且

40、每个符号的出现都是独立的。试求某消息2010201302130 2010201302130 0120321010032101002310200201031203210012021001203210100321010023102002010312032100120210的信的信息量。息量。【解】此消息中，此消息中，“0 0”出现出现2323次，次，“1 1”出现出现1414次，次，“2 2”出出现现1313次，次，“3 3”出现出现7 7次，共有次，共有5757个符号，故该消息的信息个符号，故该消息的信息量量 每个符号的算术平均信息量为每个符号的算术平均信息量为)b(1088log74log13

41、4log143/8log232222I符号）比特符号数/(89. 157108II1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量电子信息工程学院通信原理53若用熵的概念来计算：若用熵的概念来计算：则该消息的信息量则该消息的信息量【评注评注】 以上两种结果略有差别的原因在于，它们平均处理方以上两种结果略有差别的原因在于，它们平均处理方 法不同。前一种按算数平均的方法，结果可能存在误差。法不同。前一种按算数平均的方法，结果可能存在误差。这种误差将随着消息序列中符号数的增加而减小。这种误差将随着消息序列中符号数的增加而减小。 求一条消息的（求一条消息的（m m个符号组成）的总信息量，可利用个符号组成）的总

42、信息量，可利用信息加性的概念来计算，也可利用熵的概念来计算，当信息加性的概念来计算，也可利用熵的概念来计算，当消息序列较长时，用熵的概念计算更为方便。消息序列较长时，用熵的概念计算更为方便。 符号）（比特/906. 181log8141log4141log4183log832222H571.906108.64(b)I 1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量电子信息工程学院通信原理54第第1 1章章 绪论绪论 1.1 1.1 通信的基本概念通信的基本概念 1 1.2.2 通信系统的组成通信系统的组成 1 1.3.3 通信系统分类与通信方式通信系统分类与通信方式 1 1.4.4 信息及其度量信息

43、及其度量 1 1.5.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标电子信息工程学院通信原理551.5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标v通信系统的主要性能指标：通信系统的主要性能指标：有效性有效性和和可靠性可靠性 有效性：指传输一定信息量时所占用的信道资有效性：指传输一定信息量时所占用的信道资源（频带宽度和时间间隔），或者说是传输的源（频带宽度和时间间隔），或者说是传输的“速度速度”问题。问题。 可靠性：指接收信息的准确程度，也就是传输可靠性：指接收信息的准确程度，也就是传输的的“质量质量”问题。问题。v模拟通信系统：模拟通信系统： 有效性：可用有效性：可用有效传输频带

44、有效传输频带来度量。来度量。 可靠性：可用接收端最终输出可靠性：可用接收端最终输出信噪比信噪比来度量。来度量。电子信息工程学院通信原理56v数字通信系统数字通信系统 有效性：用有效性：用传输速率传输速率和和频带利用率频带利用率来衡量。来衡量。 码元传输速率码元传输速率R RB B：定义为单位时间（每秒）传送：定义为单位时间（每秒）传送码码元（电波形）元（电波形）的数目，单位为波特（的数目，单位为波特（BaudBaud）（符号）（符号/ /秒），简记为秒），简记为B B。式中式中T T 码元的持续时间码元的持续时间（秒）（秒） 信息传输速率信息传输速率R Rb b：定义为单位时间内传递的平均信：

45、定义为单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位为比特息量或比特数，单位为比特/ /秒，简记为秒，简记为 b/sb/s ，或，或bps bps )B(1TRB1.5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标电子信息工程学院通信原理57 码元速率和信息速率的关系码元速率和信息速率的关系 M M进制码元每个码元携带进制码元每个码元携带loglog2 2M M比特信息量比特信息量或或)b/s(log2MRRBb)B(log2MRRbB1.5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标电子信息工程学院通信原理58 【例1-3】设某数字传输系统传送二进制码元的速率为设某数字传输系统传

46、送二进制码元的速率为1200B,1200B,试求该系统的信息速率试求该系统的信息速率; ;若该系统改为传送八进制的若该系统改为传送八进制的信号码元，码元速率不变，则这时系统的信息速率为多少？信号码元，码元速率不变，则这时系统的信息速率为多少？【解解】(1)(1) (2) (2)【评注评注】 一定时（即带宽一定），增加进制数一定时（即带宽一定），增加进制数 （即一个波形（即一个波形承载几个比特）承载几个比特）, ,可以增大可以增大 ，从而在相同的带宽中传输，从而在相同的带宽中传输更多的信息量更多的信息量 1.5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标2log 21200(b/s)b

47、BRR2log 83600(b/s)bBRRBRbRM电子信息工程学院通信原理59 频带利用率：定义为单位带宽（频带利用率：定义为单位带宽（1 1赫兹）内的传输速率，赫兹）内的传输速率，即即或或 可靠性：常用误码率和误信率表示。可靠性：常用误码率和误信率表示。 误码率误码率 误信率，又称误比特率误信率，又称误比特率在二进制中有在二进制中有)B/Hz(BRBHz)b/(sBRbb传输总码元数错误码元数eP传输总比特数错误比特数bPebPP 1.5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标思考：如果多进制的话，思考：如果多进制的话，PbPb和和PePe相等吗？相等吗？电子信息工程学院通

48、信原理601.5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标 【例1-4】设某四进制数字传输系统的每个码元的持续时间设某四进制数字传输系统的每个码元的持续时间为为 , , 连续接收连续接收1h1h后，接收端接到后，接收端接到6 6个错码，且错个错码，且错误码元中仅发生误码元中仅发生1bit1bit的错误。的错误。 (1) (1)求该系统的码元速率和信息速率求该系统的码元速率和信息速率; ; (2) (2)求该系统的误码率和误信率求该系统的误码率和误信率 【解解】(1)(1)码元速率码元速率 信息速率信息速率（2 2）求出）求出1h1h传送的码元数传送的码元数N N误码率为误码率为68

49、3310s6111200()833 10BRBaudT2log1200 22400( / )bBRRMb s61200 36004.32 10 ()BNRt 个6661.39 104.32 10eeNPN电子信息工程学院通信原理611.5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标可计算出可计算出1h1h内传送的信息量内传送的信息量若每个码元中仅发生若每个码元中仅发生1bit1bit的错误，则可计算误信率的错误，则可计算误信率61200 2 36008.64 10 ()bIRt 个7666.94 108.64 10bP错误接收的比特数传输的总比特数电子信息工程学院通信原理有效性有效性

50、可靠性可靠性模拟模拟通信通信系统系统有效传输频带有效传输频带输出信噪比输出信噪比So/No数字数字通信通信系统系统码元传输速率码元传输速率 RB信息传输速率信息传输速率 Rb频带利用率频带利用率误码率误码率Pe误信率误信率Pb评 价 指 标系统类型指标类型通信系统主要性能指标电子信息工程学院通信原理63难点和疑点难点和疑点v1.1.模拟信号和数字信号的区别模拟信号和数字信号的区别 区别模拟信号和数字信号的是看携载信息的信号参量取区别模拟信号和数字信号的是看携载信息的信号参量取值离散（可数的、有限个），则称为数字信号。值离散（可数的、有限个），则称为数字信号。v2. 区分基带信号、载波信号和已调